膠卷還是數碼—攝影技術的最深入比較剖析(組圖)

2012-03-28 13:00

  

   

　　目前各大攝影論壇都充斥著關於數碼相機與傳統相機孰優孰劣的各種爭論，雙方引經據典爭論得面紅耳赤難分高低。其實不論是傳統的膠片相機還是新興的數碼 相機不同的只不過是成像的載體，最終我們都要獲得一張足以滿足人們審美需求或者實用要求的照片而已，況且一張照片的成敗關鍵是其內容，成像質量只不過是相 對次要的一個方面。

為了使大家對數碼和傳統有更深入細緻的瞭解，下面從兩大方面詳細闡述數碼與傳統的分別和優缺點：
成像原理的不同和優缺點
使用方式的不同和優缺點
　　簡單而言，傳統膠片的成像過程是基於光化學理論，數碼的成像過程則是基於光電子學理論，下面我們再來一同細看。

膠片的成像原理：

　　每種膠片（包括彩色膠片）都包括兩個基本組成部分：一個單層的或多層的感光乳劑層、一個感光乳劑層的支持體——片基。乳劑是由對光敏感的微細顆粒懸浮在明膠介質中而成。膠片上的明膠與某些食品所用明膠類似。

　　在明膠中懸浮著的光敏物質是鹵化銀顆粒。這種顆粒如此微細，只有在高倍顯微鏡下才能觀察到。在1平方英吋通常的感光膠片乳劑中，鹵化銀晶體的含量約達400億個之多！

　　鹵化銀晶體具有一經曝光其結構就發生變化的特性。這一化學性能變化的機理對我們並非重要，其變化的終結效果才是最重要的。這一變化是怎樣產生的呢？當 你拍攝時，光線通過相機的鏡頭射到膠片的乳劑層上，當光線到達鹵化銀晶體時，這些晶體發生結構性變化，並與鄰近也受到光線照射的鹵化銀晶體相互聚結起來。

　　這種因鹵化銀晶體聚結而形成的團塊仍然是極其微細的。乳劑層接受到的光量愈多，就有更多的晶體聚結在一起，光量愈少，晶體的變化和聚結也愈少。沒有光 落到的乳劑上也就沒有晶體的變化和聚結。這就是說不同強度的光照射到膠片上，膠片乳劑層的微觀領域就有不同數量的晶體發生結構變化和相互聚結。

　　膠片一經曝光，立即產生潛影——一種看不見的影像。必須將膠片進行顯影操做才能使潛影轉化為可見的牢固影像。當膠片顯影，結構已發生變化的鹵化銀晶體 便轉化為黑色金屬銀顆粒的聚結體，從而產生影像——負像。膠片上那些沒有感光的，也就是沒有發生結構變化的晶體即被一種稱作定影劑的化學品洗去，使這些部 分呈現淺灰或透明。結果是負像上黑暗（厚的）部分就是曝光較多部分；明亮（薄的）部分就是曝光較少部分；全透明部分就是沒有受到光照射的部分。這就是黑白 膠片記錄影像的基本過程。

　　彩色膠片有三層感光乳劑層，在這些乳劑層裡還分別含有不同的能夠生成染料的有機化合物，叫做彩色偶合劑（成色劑）。它們本身是無色的，但在彩色顯影時 能與彩色顯影劑的氧化物耦合成為有色的染料。對於負性膠片，上層盲色乳劑裡所含的偶合劑在彩色顯影時形成黃色，中層形成品紅色，下層形成青色，這就是我們 得到的經過沖洗的彩色膠片。通過擴印或放大再把影像投射到照相紙上或者是反轉片的反轉沖洗，膠片上層的黃色轉變為它的補色藍色，中間一層轉為綠色，下層則 轉為紅色，我們就得到了與自然狀態一樣的彩色照片或者透明的反轉片。這就是彩色膠片記錄影像的基本過程。
數碼的成像原理：

　　目前數碼感光器件分為CCD和CMOS兩大類。CCD稱為電荷耦合半導體器件，CMOS稱為互補型金屬氧化物場效應器件，它們都是半導體器件，其工作 原理沒有本質的區別。它們在數碼照相機中的作用是把影像的光信號轉變為電信號並分別寄存起來，在外加掃瞄信號的作用下傳輸出去，最後經過各種運算轉換為圖 像的數碼文件。

　　光線透過鏡頭射入半導體，光子被半導體吸收，這樣光學圖像在感光單元上轉換成為與光學圖像中各相應像素上光照成正比的電荷包，每個電荷包就是圖像的亮 度信息，最後通過暫存區和信號讀出寄存器把信號通過中央處理器進行信號處理後傳輸到存儲器。一個好的影像感測器如果能夠使得感光單元佔據更多的比表面積， 那麼它的效率越高，再生像的準確度也越高。

　　數碼圖像感測器利用感光單元來接受光線，但對光線的色彩沒有識別能力。那怎麼讓它感知色彩呢，現在的常規做法是在每個圖像感測器單元的前面加上濾色鏡，這又可以分為原色RGB濾鏡和補色CMYG濾鏡兩種，這種技術被稱為馬賽克技術（Mosaic）。


　　下面以RGB原色濾鏡為例，紅色濾色鏡只能通過紅色成分光線而拒絕其它顏色光線通過，同樣藍色濾色鏡只能通過藍色成分光線。這樣紅、綠、藍濾鏡有規律 的嚴格排列，通過這種方式在所有感光單元前都加上濾色鏡。再編製一個工作程序，使得照相機CPU中央處理器知道每個感光單元對應的位置，這樣每個感光單元 就有了一個加權排列序號，輸出的信號中不但包括色彩信息和亮度信息，同時還包括位置信息。最後所有這些加權圖像信息匯總後由圖像處理引擎運算得出一個復原 圖像，也是我們最後獲得的照片信息。這個色彩計算過程就是我們所謂的插值，可以說數碼相機的色彩還原完全是根據設計者的軟體編製方法把原始景物的色彩信息 計算出來的。

　　由膠片和數碼成像的原理可以看出，膠片是通過光化學反應產生潛像，這個潛像的生成不存在人為的干擾因素，也就是說過程比較自然。而數碼成像過程，插值 演算法是關鍵的一環，所以隨著演算法設計的不斷進步，數碼的擬真度會越來越高（當然感光器件本身的進步也同樣重要）。就和其他領域模擬和數碼的更迭一樣，當數 碼精細到一定程度以後（超過人所能分辨的界限），就可以認為是高保真地還原了。

　　但Mosaic技術存在以下的缺陷：解析度無法持續提高，辨色能力差以及製作成本高昂。由於色彩是依靠插值計算出來的，所以對於十分細微的色彩變化， 容易出現丟失現象，這就是數碼圖像看起來層次不夠細膩、色彩不夠厚重的原因之一。此外，由於數碼感光原件是規則排列的，這就存在一個空間頻率問題，當像素 的空間頻率與影像中條紋的空間頻率接近的時候，就會產生摩爾紋。目前緩解的辦法是在感光元件的前面安裝低通濾波器濾除影像中較高空間頻率部分，但這樣又會 導致圖像銳度的降低。而膠片的感光顆粒是無規則排列的，也就沒有固定的空間頻率，所以也就不會出現摩爾紋。

　　再讓我們來比較一下它們的響應曲線：


　　我們可以看到膠片的線性區相對稍稍短一點，但是特性曲線的肩部趨緩，有個拖了個長長尾巴的非線性區，表明對高光有一定的抑制——即可部分表現高光處的 細節。而CCD的線性工作區稍微長一點，但是截止得很突然，一衝就上去了，毫無抑制能力，見到高光就是死白——這是與膠片的最大不同。
如果要精確測量光強，我們希望感光材料工作在線性區，這個用途使用CCD好。但從攝影的角度來說，膠片確實比CCD好，好就好在那個長長的非線性區能夠保存大量亮部的細節，雖然這些細節反應出來的明暗其實是有誤差的。

　　數字相機一旦過曝，信號就立刻飽和，而且是沒有任何餘地的那種飽和，因此數碼高光部表現比彩負要差，非常容易過沖死白。而是膠片過曝一點，還是有細節存在，雖然響應已經不是線性的了，但是有總比沒有的強，負片高光明顯有緩衝，即使過曝無細節也不至於全脫色。

實際拍攝效果對比：

數碼拍攝（佳能20D）


傳統菲林拍攝（佳能30V）

使用方式的不同和優缺點

　　下面以135規格的單反相機為例闡述數碼與傳統在使用方式方面的不同和優缺點，因為它們代表傳統與數碼發展最充分也是競爭最激烈的領域。

全幅和APS

　　目前大尺寸CCD/CMOS加工製造比較困難，成本也非常高，所以DSLR所使用的感光器件(CMOS/CCD)多數都不是全畫幅的，感光器件的實際 面積都比135畫幅小，只相當於APS的尺寸。目前在產的全幅DSLR只有佳能（CANON）的EOS 1Ds MarkII一款（售價竟高達6萬）。這就造成了非全幅DSLR的鏡頭焦距要乘一個係數的問題，非全幅DSLR也多了一個「賺長焦虧廣角」的說法。這就像 把雙刃劍，對長焦愛好者來說，高像素密度的非全幅是至愛；但對廣角愛好者來說，非全幅使那些廣角名鏡黯然失色，譬如Nikon的AF 28 F1.4，乘了係數後變成42的標鏡，多可惜啊！反觀膠片相機，能把為35mm膠片研製的鏡頭功能用全了，也是目前最廉價的全幅解決方案，因為傳統膠片本 來就是全幅的，數碼時代全幅反而變成奢侈品了。

景深和視角

　　正是由於目前主流DSLR都是非全幅的，這就帶來了鏡頭視角的變化。同樣的鏡頭用在DSLR上視角變小，要得到同樣大小的圖像，DSLR需要退得更 後，也就是說要遠離被攝者，拍攝距離的增加必然造成景深的增加，大光圈的淺景深效果不再容易得到了。譬如原來的室內人像靚鏡CANON EF 85 F1.2L現在變成了135 F1.2L了，室內不能施展開來只能到室外去用，有夠鬱悶的！不過需要小視角鏡頭的拍鳥愛好者到是如獲至寶，你想想原來600mm的「拍鳥標鏡」變成了 900mm的超望遠鏡頭，多爽的一件事啊，真是睡在夢裡都會笑醒，哈哈！
拍攝和複製保存

　　數碼相機可以看成是預付了膠卷錢的相機，所以按快門沒有什麼心理負擔，出去玩一次動輒拍個幾千張回來，這在膠片時代是無法想像的。數碼即拍即看，不符 合要求可以馬上重來，很多用膠片不敢輕易嘗試的想法也可以大膽放心地去試了，這些都是膠片無法比擬的優勢之一。但拍攝隨意性的增加也不可避免地造成拍攝前 的思考過程大大減少，回來面對數以G計算的照片，也容易出現厭倦心理。
　　在後期處理上，利用傳統膠片成像並最終獲得理想的照片，中間需要很多環節，任何一個環節出現問題都會最終導致照片效果發生偏差。正是這些各種偏差才在很大程度上促進了數字技術的應用普及，因為數字圖像的修整製作過程藉助於計算機技術而變的更加便捷和準確。

　　膠片不好保存，色彩會隨著時間的推移而劣化，保存條件不好劣化速度更快，所以應該盡早將膠片掃瞄數碼化。但且不說掃瞄只能還原6、7成的膠片效果，單 是掃瞄那麻煩勁就夠你受的了。從生成數字化圖像的過程來講，掃瞄底片遠不如數碼相機方便，還有數碼相機沒有膠卷的費用支出、圖像易於編輯加工和刪除，這些 也是很多人放棄膠片的原因之一。

機身與收藏

　　傳統時代機身基本上跟成像質量無關，只要還有膠卷賣，一個好的膠片機身可以用很長很長時間。所以不用整天關注硬體的發展，也不用擔心花錢買的東西轉眼 就過時。正是由於這個原因，很多人都有收藏膠片機身的愛好。而數碼相機的機身無論多麼優秀，只要機身裡的那塊感光器件過時或老化了，相機也就隨之被淘汰， 於是陷入無休止的跟隨相機製造商不停地升級，不斷地被榨取血汗錢。由於數碼感光器件的老化速度比較快，一個月不拍2-3個卷以上的人，實在用不著上 DSLR，否則還沒等你把那預付的膠卷錢用完，感光器件已經老化或過時了。

觀賞和輸出

　　根據資料顯示，人眼大概能分辨的亮度層次為，大約每檔光圈150級左右。這個數字並不多，以CCD的寬容度是8檔計算，用8bit的JPG記錄的話， 每檔光圈有32級，用12bit的RAW記錄，每檔光圈有512級。同樣的問題也會出在數碼沖印上。因為也是8位的，也會使得每檔的級數不夠多，使出來的 照片顯得不夠細膩，層次感不夠。所有這些的元凶就是我們所採用的基於8位的顯示和輸出系統。如果把系統全部改成是基於12位的，則所輸出的照片將超過了人 的分辨極限，再加上數碼的便利性，到那時數碼便可以完全替代傳統膠片了。現在的數碼由於在輸出階段仍是8位的系統（包括顯示器，數碼擴印等），所以在細 膩、層次方面仍然比不過觀片器(或幻燈)。
作為攝影發燒友來說，反轉片在高檔LOUPE和觀片器以及在幻燈機上的觀感，是數碼短期內無法超越的。和三五知己，一邊欣賞幻燈，一邊評頭論足、把酒言歡，此乃人生一大快事也！

展望和總結

　　2002年2月，美國Foveon公司發布多層感色CMOS技術。新的X3技術讓電子科技成功的模仿「真實底片」的感色原理（見下圖），依光線的吸收 波長逐層感色，對應Mosaic技術一個像素只能感應一個顏色的缺點，X3的同樣一個像素可以感應3種不同的顏色，大大提高了影像的品質與色彩表現。

　　X3還有一項特性，那就是支持更強悍的運算技術VPS(Variable Pixel Aize)。透過「群組像素」的搭配（見下圖）X3相當於增大了像素面積，所以可以達到超高ISO值（必須消減解析度）。

　　數碼科技飛速發展，在主流領域替代膠片是大勢所趨。對於攝影發燒友來說如何看待數碼與膠片的關係呢？我認為目前最佳的選擇是數碼、膠卷雙修，根據各自 的優勢和具體情況選擇適合的器材。不過我想真正喜歡某樣東西的人應該有自己的觀點和立場，是不會被大流所左右的。